[发明专利]可熔融加工的改性聚乙烯醇-石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机聚合物和无机物复合材料，尤其涉及一种可 熔融加工的改性聚乙烯醇-石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由SP2杂化碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝 状晶格结构的碳质新材料，厚度可为单层或几层。2004年，英 国科学家Geim和Novoselov等(NovoselovKS,GeimAK, MorozovSVetal.Science,2004,306(5696):666～669)从理 论上证实石墨烯单晶的存在，并利用胶带剥离高定向石墨的方法 制得能够真正独立存在的二维石墨烯片层，至此掀起石墨烯科学 研究和工程应用的热潮。与碳纳米管(CNTs)相比，石墨烯具有更 优异的性能，如石墨烯的室温载流子迁移率～10000cm2/V·s， 理论比表面积～2630m2/g，可见光透过率～97.7％，杨氏模量～ 1TPa，热传导系数为3000–5000W/(m·K)。目前制备石墨烯的 方法众多，有气相沉积、外延生长法，机械玻璃法，氧化还原法 等，其中氧化还原法是大规模制备石墨烯最有效的方法(Huang X,QiX,BoeyF,ZhangH.ChemSocRev,2012,41(2):666～686)。 石墨烯结合了碳纳米管导电和粘土片层的结构特征，为发展高性 能、多功能聚合物纳米复合材料提供了新的方向，近年来许多石 墨烯/聚合物复合材料被制备和研究。

二维填料石墨烯引入到聚合物基体中，石墨烯薄片较大的长 径比导致石墨烯可以使气体分子在聚合物基体中扩散通路发生 弯曲，可以显著提高聚合物的气体阻隔性。目前，研究表明石墨 烯的加入可以显著提高聚合物复合材料的气体阻隔性能。可熔融 加工的改性聚乙烯醇具有良好的亲水性、粘结性、抗冲击性以及 加工过程中易于分散等特点，将可熔融加工的改性聚乙烯醇-石 墨烯制备成的复合材料，将完美结合双方的力学性能和加工性 能，具有优异的加工性能和广泛的适用性能。

目前聚合物/石墨烯复合材料的制备主要采用共混法，即： 将石墨烯与聚合物或聚合物溶液直接混合，经沉淀或热压成型等 方法制备而成。例如专利号CN201410628942.4公开的一种高强 高模量聚乙烯醇-石墨烯纳米复合纤维的制备方法，将石墨烯或 石墨烯衍生物和聚乙烯醇在混合溶剂中混合均匀后，通过凝胶纺 丝的方法纺丝，高倍热拉伸得到高强高模量的聚乙烯醇-石墨烯 纳米复合纤维，但由于石墨烯表面呈惰性状态，与其它介质的相 互作用极弱，且石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，极易发 生团聚，很难在聚合物或其溶液中均匀分散，不能把石墨烯的优 良性能很好地体现在复合材料中，表现为复合材料中石墨烯含量 较低且材料的性能不均一，且制得的聚乙烯醇-石墨烯纳米复合 纤维应用面较狭窄，可加工性不强。

此外，如专利号CN201510423397.X公开的聚乙烯醇/石墨烯 复合纳米纤维材料及其制备方法，该方法采用改良的Hummers法 制备氧化石墨，进而制备聚乙烯醇/氧化石墨烯的均匀混合液， 然后在高能电离辐射下将其中的氧化石墨烯原位还原为石墨烯， 再利用静电纺丝技术制备聚乙烯醇/石墨烯复合纳米纤维材料， 也是制备聚合物/石墨烯复合材料的常见方法，但这种方法既极 大地浪费了能源，又制得的材料用途较单一，可加工性不强，不 能广泛的利用到诸多行业。此外浙江工业大学，黑龙江大学，复 旦大学等单位也申请了关于石墨烯/聚乙烯醇的专利，但均不是 可熔融加工聚乙烯醇/石墨烯复合材料的制备。

基于现有技术的上述状况，本发明人对聚合物/石墨烯复合 材料的制备方法进行研究，目的是提供一种能简单方便的制造适 用性广的聚合物/石墨烯复合材料的方法，具体为一种可熔融加 工的改性聚乙烯醇-石墨烯复合材料的制备方法。利用本方法将 制得的可熔融加工的改性聚乙烯醇-石墨烯复合材料用喷雾干燥 机干燥后再粉碎制成粉料，然后粉料进一步用挤出机就可以制备 成粒料，粒料可适用于诸多加工类型；所述材料也可直接用于吹 塑成膜、纺丝、注塑等熔融加工；高填充的可熔融加工的改性聚 乙烯醇-石墨烯复合材料也可作为母料，加入到其他可熔融加工 的聚合物基体，如尼龙，EVOH，聚氨酯，聚甲醛，聚硅烷，PET， 聚酯，聚己内酯，聚乳酸，聚氯乙烯，丙烯酸聚合物，聚苯乙烯， ABS，聚碳酸酯，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙酸乙烯酯，聚砜等中， 进一步稀释石墨烯浓度，制备优异分散的石墨烯-聚合物复合材 料。

发明内容